WO2018007195A1 - Screw, and production method - Google Patents

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WO2018007195A1
WO2018007195A1 PCT/EP2017/065778 EP2017065778W WO2018007195A1 WO 2018007195 A1 WO2018007195 A1 WO 2018007195A1 EP 2017065778 W EP2017065778 W EP 2017065778W WO 2018007195 A1 WO2018007195 A1 WO 2018007195A1
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WO
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weld
screw
carbon concentration
shaft portion
material hardness
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/065778
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Patrick Grad
Thomas Kistler
Original Assignee
Hilti Aktiengesellschaft
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Publication date
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B25/00—Screws that cut thread in the body into which they are screwed, e.g. wood screws
    • F16B25/0036—Screws that cut thread in the body into which they are screwed, e.g. wood screws characterised by geometric details of the screw
    • F16B25/0094—Screws that cut thread in the body into which they are screwed, e.g. wood screws characterised by geometric details of the screw the screw being assembled or manufactured from several components, e.g. a tip out of a first material welded to shaft of a second material

Definitions

  • the present invention relates to a screw and a method for producing a screw.
  • the requirements for a screw are manifold. If the screw is to be used in a corrosive environment, the material used is often low-carbon stainless steel. If the screw has a high material hardness, especially in the region of its thread or its tip, which is possibly designed as a drill bit, carbon is used as a material often rich steel, which is cured, for example by means of heating. In order to achieve both a corrosion resistance in one section of the screw and a high material hardness in another section of the screw, it is known to weld together a first shaft section and a second shaft section to form a weld seam. The two shank sections consist of steel with different carbon concentration. Known welding methods are used, such as resistance welding, pressure welding or beam welding. Due to the mixing of both joining partners in the melt during the welding process, a weld seam with high material hardness is produced.
  • a thread is produced on a surface of the resulting shaft, usually with the aid of rolling or other shaping tools.
  • the high-carbon shaft portion is hardened, usually by heating. To minimize wear on the dies, hardening usually occurs after the thread has been formed.
  • the invention is based on the object to provide an improved screw and an improved method for producing a screw available.
  • a screw having a shank which has a first shank portion, a second shank portion and a weld seam connecting the first shank portion to the second shank portion
  • the first shank portion consists of a first steel having a first carbon concentration and a first material hardness and the second Shaft portion of a second steel having a second carbon concentration and a second material hardness, wherein the second carbon concentration is higher than the first carbon concentration
  • the weld has a greater material hardness than the first shaft portion, achieved in that the material hardness of the weld from an internal Core of the weld decreases to a surface of the weld.
  • a material hardness is the Vickers hardness (HV) at a test load of 0.3 kp (indicated as HV 0.3).
  • HV Vickers hardness
  • An advantageous embodiment is characterized in that the material hardness of the weld continuously decreases from the inner core of the weld to the surface of the weld.
  • An alternative embodiment is characterized in that the material hardness of the weld abruptly decreases from the inner core of the weld to the surface of the weld.
  • the shaft has an elliptical cross-section. Preferably, the shaft has a circular cross-section.
  • the shaft carries a thread on the weld.
  • the thread is a self-tapping or self-tapping thread.
  • the thread extends to the first shaft portion and / or the second shaft portion.
  • first shaft portion comprises a screw drive and / or a screw head.
  • second shaft portion comprises a screw tip, in particular a drill bit.
  • the object is in a method for producing a screw in which a first shaft portion and a second shaft portion are welded together to form a weld, wherein the first shaft portion of a first steel having a first carbon concentration and the second shaft portion of a second steel a second carbon concentration, wherein the second carbon concentration is higher than the first carbon concentration, is achieved by providing the weld with a carbon concentration decreasing from an inner core of the weld to a surface of the weld. Due to the reduced carbon concentration at the surface of the weld, it is ensured that the material hardness of the weld at the surface remains low during the welding process, so that rolling or other shaping tools, which deform the material of the shank only on its surface, are subject to only slight wear ,
  • An advantageous embodiment of the method is characterized in that the carbon concentration of the weld continuously decreases from the inner core of the weld to the surface of the weld.
  • An alternative embodiment is characterized in that the carbon concentration of the weld abruptly decreases from the inner core of the weld to the surface of the weld.
  • An advantageous embodiment is characterized in that the weld seam is started.
  • An advantageous embodiment is characterized in that the second shaft portion is hardened.
  • An advantageous embodiment is characterized in that a particular self-tapping or self-tapping thread is produced at the weld.
  • the thread extends up to the first shaft section and / or the second shaft section.
  • first shaft portion is provided with a screw drive and / or a screw head.
  • second shaft section is provided with a tip, in particular a drill tip.
  • Fig. 1 shows a screw with a weld
  • FIG. 2 shows a material hardness profile along the cross section of the weld seam of the screw from FIG. 1.
  • a screw 10 with a shaft 20, a screw head 30 and a screw tip 40 is shown.
  • the screw tip 40 is formed as a drill bit, so that the screw 10 is a self-drilling screw.
  • the screw tip is formed as a rolled and / or forming thread crest or the screw has a blunt or flat end.
  • the screw head 30 comprises a screw drive 35, which is designed as a hexagon.
  • the screw drive is designed as a slot, Phillips, inner or outer polygon, inner or outer polygon, inner or outer multiple tooth or the like.
  • the shaft 20 has a circular cross section and carries a thread 25 which is formed as a self-tapping thread.
  • the thread is designed as a self-tapping thread or as an ISO thread or the like.
  • first shaft portion 12 and a second shaft portion 14 are welded together, forming a weld 50.
  • the first shank portion 12 is made of a first steel having a first carbon concentration, preferably a stainless steel having a relatively low carbon concentration.
  • the second shaft portion 14 is made of a second steel having a second carbon concentration, preferably a hardenable steel having a relatively high carbon concentration, so that the second carbon concentration is higher than the first carbon concentration.
  • the first shank portion 12 and the second shank portion 14 become so hot at their facing end faces that the material becomes liquid.
  • the liquefied material of the first shaft portion 12 mixes with the liquefied material of the second shaft portion 14.
  • the mixed material solidifies and forms the weld 50.
  • the carbon concentration within the weld is increased from the first shaft portion 12.
  • the weld seam is provided with a carbon concentration which decreases from an inner core of the weld seam 50 to a surface of the weld seam 50.
  • the carbon concentration at the surface is not significantly higher than in the first shaft portion.
  • the gradient of the carbon concentration from the inner core of the weld 50 to the surface of the weld 50 is preferably achieved by the fact that the second shaft portion 14 has more carbon in the region of its inner core before the welding process than in the region of its surface.
  • a ring of a low carbon steel before or during the welding operation on the first shaft portion 12 to be facing end side of the second shaft portion 14, a ring of a low carbon steel, the carbon concentration is in particular not substantially higher than that of the first shaft portion 12 applied.
  • the center of the ring is preferably a toroidal core made of a carbon-rich steel whose carbon concentration is in particular about as high as that of the second shaft portion 14th
  • FIG. 2 shows the course of the material hardness of the screw 10 along the cross section of the weld seam 50, that is, from an inner core 52 of the weld seam 50 to a surface 54 of the weld seam 50. Due to the heating and the subsequent rapid cooling, in particular during the welding process, the steel of the weld seam 50 is hardened, the higher the carbon concentration, the greater the resulting material hardness. As a result, the material hardness of the weld seam 50, as shown in FIG. 2, likewise decreases from the inner core 52 of the weld seam 50 to the surface 54 of the weld seam 50. In the inner core 52, the material hardness of the weld 50 is preferably at least 500 HV 0.3 and more preferably at most 750 HV 0.3.
  • the material hardness of the weld seam 50 is preferably at most 350 HV 0.3 and particularly preferably at most 250 HV 0.3.
  • the carbon concentration and thus also the material hardness of the weld seam 50 continuously decrease from the inner core 52 of the weld seam 50 to the surface 54 of the weld seam 50.
  • the carbon concentration and thus the material hardness of the weld abruptly decrease from the inner core of the weld to the surface of the weld at one or more locations along the cross section of the weld.
  • the thread 25 is formed in the surface of the weld 50 and preferably the first shaft portion 12 and the second shaft portion 14, in particular rolled. Due to the low material hardness of the surface also the Weld 50 is subject to the forming or rolling tool only a little wear.
  • the second shaft portion 14 is fully or partially cured, preferably thermally cured.
  • the screw tip 40 and / or optionally the thread 25 are provided with a sufficient hardness for drilling a hole or the forming of a counter-thread material hardness.

Abstract

The invention relates to a screw (10), comprising a shank (20), which has a first shank portion (12), a second shank portion (14), and a welding seam (50) connecting the first shank portion (12) to the second shank portion (14). The first shank portion (12) is made of a first steel having a first carbon concentration and a first material hardness, and the second shank portion (14) is made of a second steel having a second carbon concentration and a second material hardness, wherein the second carbon concentration is higher than the first carbon concentration, and wherein the welding seam (50) has a greater material hardness than the first shank portion (12). The invention is characterized in that the material hardness of the welding seam (50) decreases from an inner core (52) of the welding seam (50) to a surface (54) of the welding seam (50).

Description

Schraube und Herstellungsverfahren  Screw and manufacturing process
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schraube sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Schraube. The present invention relates to a screw and a method for producing a screw.
Je nach Anwendungsgebiet sind die Anforderungen an eine Schraube vielfältig. Soll die Schraube in einer korrosiven Umgebung eingesetzt werden, wird als Material häufig kohlen- stoffarmer, rostfreier Stahl verwendet. Soll die Schraube eine hohe Materialhärte besitzen, insbesondere im Bereich ihres Gewindes oder ihrer Spitze, die unter Umständen als Bohrspitze ausgebildet ist, wird als Material häufig kohlenstoff reicher Stahl verwendet, welcher beispielsweise mittels Erhitzung gehärtet wird. Um sowohl eine Korrosionsfestigkeit in einem Teilbereich der Schraube als auch eine hohe Materialhärte in einem anderen Teilbereich der Schraube zu erreichen, ist es bekannt, einen ersten Schaftabschnitt und einen zweiten Schaftabschnitt unter Bildung einer Schweissnaht miteinander zu verschweissen. Die beiden Schaftabschnitte bestehen dabei aus Stahl mit unterschiedlicher Kohlenstoffkonzentration. Zum Einsatz kommen bekannte Schweissverfahren, wie beispielsweise Widerstands- schweissen, Pressschweissen oder Strahlschweissen. Aufgrund der Vermischung beider Fügepartner in der Schmelze während des Schweissvorgangs entsteht dabei eine Schweissnaht mit hoher Materialhärte. Depending on the field of application, the requirements for a screw are manifold. If the screw is to be used in a corrosive environment, the material used is often low-carbon stainless steel. If the screw has a high material hardness, especially in the region of its thread or its tip, which is possibly designed as a drill bit, carbon is used as a material often rich steel, which is cured, for example by means of heating. In order to achieve both a corrosion resistance in one section of the screw and a high material hardness in another section of the screw, it is known to weld together a first shaft section and a second shaft section to form a weld seam. The two shank sections consist of steel with different carbon concentration. Known welding methods are used, such as resistance welding, pressure welding or beam welding. Due to the mixing of both joining partners in the melt during the welding process, a weld seam with high material hardness is produced.
Später wird auf einer Oberfläche des so entstandenen Schaftes ein Gewinde erzeugt, üblicherweise mit Hilfe von Walz- oder anderen Formwerkzeugen. Ausserdem wird der kohlenstoffreiche Schaftabschnitt gehärtet, üblicherweise durch Erwärmung. Um einen Verschleiss der Formwerkzeuge gering zu halten, geschieht das Härten üblicherweise nach dem Formen des Gewindes. Ausserdem ist es bekannt, die Schraube vor dem Formen des Gewindes thermisch anzulassen, um die Härte der Schweissnaht sowie eines von der Schweisswärme beeinflussten und somit unter Umständen ebenfalls gehärteten, an die Schweissnaht unmittelbar anschliessenden Bereichs des Schaftes, soweit möglich, zu reduzieren. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Schraube sowie ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Schraube zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe ist bei einer Schraube mit einem Schaft, welcher einen ersten Schaftabschnitt, einen zweiten Schaftabschnitt und eine den ersten Schaftabschnitt mit dem zweiten Schaftabschnitt verbindende Schweissnaht aufweist, wobei der erste Schaftabschnitt aus einem ersten Stahl mit einer ersten Kohlenstoffkonzentration und einer ersten Materialhärte und der zweite Schaftabschnitt aus einem zweiten Stahl mit einer zweiten Kohlenstoffkonzentration und einer zweiten Materialhärte besteht, wobei die zweite Kohlenstoffkonzentration höher als die erste Kohlenstoffkonzentration ist, und wobei die Schweissnaht eine grössere Materialhärte aufweist als der erste Schaftabschnitt, dadurch gelöst, dass die Materialhärte der Schweissnaht von einem innenliegenden Kern der Schweissnaht zu einer Oberfläche der Schweissnaht abnimmt. Hierdurch unterliegen Walz- oder andere Formwerkzeuge, welche das Material des Schaftes nur an dessen Oberfläche verformen, einem nur geringen Verschleiss. Later, a thread is produced on a surface of the resulting shaft, usually with the aid of rolling or other shaping tools. In addition, the high-carbon shaft portion is hardened, usually by heating. To minimize wear on the dies, hardening usually occurs after the thread has been formed. In addition, it is known to thermally temper the screw prior to forming the thread in order to reduce, as far as possible, the hardness of the weld seam as well as a region of the shank which is influenced and possibly also hardened by the heat of fusion and which immediately adjoins the weld seam. The invention is based on the object to provide an improved screw and an improved method for producing a screw available. This object is achieved with a screw having a shank which has a first shank portion, a second shank portion and a weld seam connecting the first shank portion to the second shank portion, wherein the first shank portion consists of a first steel having a first carbon concentration and a first material hardness and the second Shaft portion of a second steel having a second carbon concentration and a second material hardness, wherein the second carbon concentration is higher than the first carbon concentration, and wherein the weld has a greater material hardness than the first shaft portion, achieved in that the material hardness of the weld from an internal Core of the weld decreases to a surface of the weld. As a result, rolling or other shaping tools, which deform the material of the shank only on its surface, undergo only minor wear.
Unter einer Materialhärte im Sinne der Erfindung ist die Vickershärte (HV) bei einer Prüfkraft von 0,3 kp zu verstehen (angegeben als HV 0.3). Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Materialhärte der Schweissnaht von dem innenliegenden Kern der Schweissnaht bis zu der Oberfläche der Schweissnaht stetig abnimmt. Eine alternative Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Materialhärte der Schweissnaht von dem innenliegenden Kern der Schweissnaht zu der Oberfläche der Schweissnaht abrupt abnimmt. Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft einen ellipsenförmigen Querschnitt aufweist. Bevorzugt weist der Schaft einen kreisförmigen Querschnitt auf. For the purposes of the invention, a material hardness is the Vickers hardness (HV) at a test load of 0.3 kp (indicated as HV 0.3). An advantageous embodiment is characterized in that the material hardness of the weld continuously decreases from the inner core of the weld to the surface of the weld. An alternative embodiment is characterized in that the material hardness of the weld abruptly decreases from the inner core of the weld to the surface of the weld. An advantageous embodiment is characterized in that the shaft has an elliptical cross-section. Preferably, the shaft has a circular cross-section.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft an der Schweissnaht ein Gewinde trägt. Bevorzugt ist das Gewinde ein selbstschneidendes oder selbstfurchendes Gewinde. Bevorzugt erstreckt sich das Gewinde bis auf den ersten Schaftabschnitt und/oder den zweiten Schaftabschnitt. An advantageous embodiment is characterized in that the shaft carries a thread on the weld. Preferably, the thread is a self-tapping or self-tapping thread. Preferably, the thread extends to the first shaft portion and / or the second shaft portion.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schaftabschnitt einen Schraubenantrieb und/oder einen Schraubenkopf umfasst. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schaftabschnitt eine Schraubenspitze, insbesondere eine Bohrspitze, umfasst. An advantageous embodiment is characterized in that the first shaft portion comprises a screw drive and / or a screw head. A further advantageous embodiment is characterized in that the second shaft portion comprises a screw tip, in particular a drill bit.
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zur Herstellung einer Schraube, bei dem ein erster Schaftabschnitt und ein zweiter Schaftabschnitt unter Bildung einer Schweissnaht miteinander verschweisst werden, wobei der erste Schaftabschnitt aus einem ersten Stahl mit einer ersten Kohlenstoffkonzentration und der zweite Schaftabschnitt aus einem zweiten Stahl mit einer zweiten Kohlenstoffkonzentration besteht, wobei die zweite Kohlenstoffkonzentration höher als die erste Kohlenstoffkonzentration ist, dadurch gelöst, dass die Schweissnaht mit einer Kohlenstoffkonzentration versehen wird, welche von einem innenliegenden Kern der Schweissnaht zu einer Oberfläche der Schweissnaht abnimmt. Aufgrund der reduzierten Kohlenstoffkonzentration an der Oberfläche der Schweissnaht ist gewährleistet, dass während des Schweissprozesses die Materialhärte der Schweissnaht an der Oberfläche gering bleibt, so dass Walz- oder andere Formwerkzeuge, welche das Material des Schaftes nur an dessen Oberfläche verformen, einem nur geringen Verschleiss unterliegen. The object is in a method for producing a screw in which a first shaft portion and a second shaft portion are welded together to form a weld, wherein the first shaft portion of a first steel having a first carbon concentration and the second shaft portion of a second steel a second carbon concentration, wherein the second carbon concentration is higher than the first carbon concentration, is achieved by providing the weld with a carbon concentration decreasing from an inner core of the weld to a surface of the weld. Due to the reduced carbon concentration at the surface of the weld, it is ensured that the material hardness of the weld at the surface remains low during the welding process, so that rolling or other shaping tools, which deform the material of the shank only on its surface, are subject to only slight wear ,
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffkonzentration der Schweissnaht von dem innenliegenden Kern der Schweissnaht bis zu der Oberfläche der Schweissnaht stetig abnimmt. Eine alternative Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffkonzentration der Schweissnaht von dem innenliegenden Kern der Schweissnaht zu der Oberfläche der Schweissnaht abrupt abnimmt. An advantageous embodiment of the method is characterized in that the carbon concentration of the weld continuously decreases from the inner core of the weld to the surface of the weld. An alternative embodiment is characterized in that the carbon concentration of the weld abruptly decreases from the inner core of the weld to the surface of the weld.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schweissnaht ange- lassen wird. An advantageous embodiment is characterized in that the weld seam is started.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schaftabschnitt gehärtet wird. An advantageous embodiment is characterized in that the second shaft portion is hardened.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Schweissnaht ein insbesondere selbstschneidendes oder selbstfurchendes Gewinde erzeugt wird. Bevor- zugt erstreckt sich das Gewinde bis auf den ersten Schaftabschnitt und/oder den zweiten Schaftabschnitt. An advantageous embodiment is characterized in that a particular self-tapping or self-tapping thread is produced at the weld. Preferably, the thread extends up to the first shaft section and / or the second shaft section.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schaftabschnitt mit einem Schraubenantrieb und/oder einem Schraubenkopf versehen wird. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schaftab- schnitt mit einer Spitze, insbesondere einer Bohrspitze, versehen wird. An advantageous embodiment is characterized in that the first shaft portion is provided with a screw drive and / or a screw head. A further advantageous embodiment is characterized in that the second shaft section is provided with a tip, in particular a drill tip.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 eine Schraube mit einer Schweissnaht und Fig. 1 shows a screw with a weld and
Fig. 2 einen Materialhärteverlauf entlang dem Querschnitt der Schweissnaht der Schrau- be aus Fig. 1 . In Fig. 1 ist eine Schraube 10 mit einem Schaft 20, einem Schraubenkopf 30 und einer Schraubenspitze 40 dargestellt. Die Schraubenspitze 40 ist als Bohrspitze ausgebildet, so dass die Schraube 10 eine Selbstbohrschraube ist. Bei nicht gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Schraubenspitze als gewalzte und/oder formende Gewindespitze ausgebildet oder die Schraube weist ein stumpfes oder flaches Ende auf. Der Schraubenkopf 30 umfasst einen Schraubenantrieb 35, welcher als Aussensechskant ausgebildet ist. Bei nicht dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Schraubenantrieb als Schlitz, Kreuzschlitz, Innen- oder Aussenmehrkant, Innen- oder Aussenmehrrund, Innen- oder Aussenvielzahn oder dergleichen ausgebildet. Der Schaft 20 hat einen kreisförmigen Querschnitt und trägt ein Gewinde 25, welches als selbstfurchendes Gewinde ausgebildet ist. Bei nicht dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Gewinde als selbstschneidendes Gewinde oder aber als ISO- Gewinde oder dergleichen ausgebildet. 2 shows a material hardness profile along the cross section of the weld seam of the screw from FIG. 1. In Fig. 1, a screw 10 with a shaft 20, a screw head 30 and a screw tip 40 is shown. The screw tip 40 is formed as a drill bit, so that the screw 10 is a self-drilling screw. In embodiments not shown, the screw tip is formed as a rolled and / or forming thread crest or the screw has a blunt or flat end. The screw head 30 comprises a screw drive 35, which is designed as a hexagon. In embodiments not shown, the screw drive is designed as a slot, Phillips, inner or outer polygon, inner or outer polygon, inner or outer multiple tooth or the like. The shaft 20 has a circular cross section and carries a thread 25 which is formed as a self-tapping thread. In embodiments not shown, the thread is designed as a self-tapping thread or as an ISO thread or the like.
Zur Herstellung der Schraube 10 werden ein erster Schaftabschnitt 12 und ein zweiter Schaftabschnitt 14 miteinander verschweisst, wobei sich eine Schweissnaht 50 bildet. Der erste Schaftabschnitt 12 besteht aus einem ersten Stahl mit einer ersten Kohlenstoffkonzentration, bevorzugt aus einem rostfreien Stahl mit einer relativ geringen Kohlenstoffkonzentration. Der zweite Schaftabschnitt 14 besteht aus einem zweiten Stahl mit einer zweiten Kohlenstoffkonzentration, bevorzugt aus einem härtbaren Stahl mit einer relativ hohen Kohlenstoffkonzentration, so dass die zweite Kohlenstoffkonzentration höher als die erste Kohlen- Stoffkonzentration ist. To produce the screw 10, a first shaft portion 12 and a second shaft portion 14 are welded together, forming a weld 50. The first shank portion 12 is made of a first steel having a first carbon concentration, preferably a stainless steel having a relatively low carbon concentration. The second shaft portion 14 is made of a second steel having a second carbon concentration, preferably a hardenable steel having a relatively high carbon concentration, so that the second carbon concentration is higher than the first carbon concentration.
Während des Schweissvorgangs werden der erste Schaftabschnitt 12 und der zweite Schaftabschnitt 14 an ihren aufeinander zu weisenden Stirnseiten so heiss, dass das Material flüssig wird. Das verflüssigte Material des ersten Schaftabschnitts 12 vermischt sich mit dem verflüssigten Material des zweiten Schaftabschnitts 14. Beim darauffolgenden Abkühlen wird das vermischte Material fest und bildet die Schweissnaht 50. Durch die Vermischung und/oder durch Diffusion von Kohlenstoff von dem zweiten Schaftabschnitt 14 in die Schweissnaht 50 ist die Kohlenstoffkonzentration innerhalb der Schweissnaht gegenüber dem ersten Schaftabschnitt 12 erhöht. During the welding process, the first shank portion 12 and the second shank portion 14 become so hot at their facing end faces that the material becomes liquid. The liquefied material of the first shaft portion 12 mixes with the liquefied material of the second shaft portion 14. Upon subsequent cooling, the mixed material solidifies and forms the weld 50. By mixing and / or diffusing carbon from the second shaft portion 14 into the weld 50, the carbon concentration within the weld is increased from the first shaft portion 12.
Die Schweissnaht wird dabei mit einer Kohlenstoffkonzentration versehen, welche von einem innenliegenden Kern der Schweissnaht 50 zu einer Oberfläche der Schweissnaht 50 abnimmt. Bevorzugt ist die Kohlenstoffkonzentration an der Oberfläche nicht wesentlich höher als in dem ersten Schaftabschnitt. Während des Schweissprozesses bleibt die Materialhärte der Schweissnaht an der Oberfläche gering, so dass Walz- oder andere Formwerkzeuge, welche das Material des Schaftes 20 nur an dessen Oberfläche verformen, einem nur gerin- gen Verschleiss unterliegen. Ein thermisches Anlassen der Schweissnaht zur Reduktion der Materialhärte ist unter Umständen nicht erforderlich. Gemäss einigen Ausführungsbeispielen wird die Schraube dennoch thermisch angelassen, insbesondere nach dem Schweissvor- gang und vor dem Erzeugen eines Gewindes. The weld seam is provided with a carbon concentration which decreases from an inner core of the weld seam 50 to a surface of the weld seam 50. Preferably, the carbon concentration at the surface is not significantly higher than in the first shaft portion. During the welding process, the material hardness of the weld seam at the surface remains low, so that rolling or other shaping tools, which deform the material of the shank 20 only on its surface, are subject to only slight wear. Thermal tempering of the weld to reduce material hardness may not be required. According to some embodiments Nevertheless, the screw is tempered thermally, especially after the welding process and before creating a thread.
Das Gefälle der Kohlenstoffkonzentration von dem innenliegenden Kern der Schweissnaht 50 zu der Oberfläche der Schweissnaht 50 wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass der zweite Schaftabschnitt 14 bereits vor dem Schweissvorgang im Bereich seines innenliegenden Kernes mehr Kohlenstoff aufweist als im Bereich seiner Oberfläche. Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen wird vor oder während des Schweissvorgangs an der auf den ersten Schaftabschnitt 12 zu weisenden Stirnseite des zweiten Schaftabschnitts 14 ein Ring aus einem kohlenstoffarmen Stahl, dessen Kohlenstoff konzentration insbesondere nicht wesentlich höher ist als die des ersten Schaftabschnitts 12, aufgebracht. Im Zentrum des Rings befindet sich dabei bevorzugt ein Ringkern aus einem kohlenstoffreichen Stahl, dessen Kohlenstoffkonzentration insbesondere etwa so hoch ist wie die des zweiten Schaftabschnitts 14. The gradient of the carbon concentration from the inner core of the weld 50 to the surface of the weld 50 is preferably achieved by the fact that the second shaft portion 14 has more carbon in the region of its inner core before the welding process than in the region of its surface. In advantageous embodiments, before or during the welding operation on the first shaft portion 12 to be facing end side of the second shaft portion 14, a ring of a low carbon steel, the carbon concentration is in particular not substantially higher than that of the first shaft portion 12 applied. In the center of the ring is preferably a toroidal core made of a carbon-rich steel whose carbon concentration is in particular about as high as that of the second shaft portion 14th
In Fig. 2 ist der Verlauf der Materialhärte der Schraube 10 entlang dem Querschnitt der Schweissnaht 50, also von einem innenliegenden Kern 52 der Schweissnaht 50 bis zu einer Oberfläche 54 der Schweissnaht 50, dargestellt. Aufgrund der Erhitzung und der anschliessenden schnellen Abkühlung, insbesondere während des Schweissvorgangs, wird der Stahl der Schweissnaht 50 gehärtet, wobei die resultierende Materialhärte umso grösser ist, je höher die Kohlenstoffkonzentration ist. Dies führt dazu, dass die Materialhärte der Schweissnaht 50, wie in Fig. 2 zu sehen, ebenfalls von dem innenliegenden Kern 52 der Schweiss- naht 50 zu der Oberfläche 54 der Schweissnaht 50 abnimmt. In dem Innenliegenden Kern 52 beträgt die Materialhärte der Schweissnaht 50 bevorzugt mindestens 500 HV 0.3 und besonders bevorzugt höchstens 750 HV 0.3. An der Oberfläche 54 beträgt die Materialhärte der Schweissnaht 50 bevorzugt höchstens 350 HV 0.3 und besonders bevorzugt höchstens 250 HV 0.3. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nehmen die Kohlenstoffkonzentration und damit auch die Materialhärte der Schweissnaht 50 von dem innenliegenden Kern 52 der Schweissnaht 50 bis zu der Oberfläche 54 der Schweissnaht 50 stetig ab. Bei nicht dargestellten Ausführungsbeispielen nehmen die Kohlenstoffkonzentration und damit die Materialhärte der Schweissnaht von dem innenliegenden Kern der Schweissnaht zu der Oberfläche der Schweissnaht an einer oder mehreren Stellen entlang des Querschnitts der Schweissnaht abrupt ab. FIG. 2 shows the course of the material hardness of the screw 10 along the cross section of the weld seam 50, that is, from an inner core 52 of the weld seam 50 to a surface 54 of the weld seam 50. Due to the heating and the subsequent rapid cooling, in particular during the welding process, the steel of the weld seam 50 is hardened, the higher the carbon concentration, the greater the resulting material hardness. As a result, the material hardness of the weld seam 50, as shown in FIG. 2, likewise decreases from the inner core 52 of the weld seam 50 to the surface 54 of the weld seam 50. In the inner core 52, the material hardness of the weld 50 is preferably at least 500 HV 0.3 and more preferably at most 750 HV 0.3. At the surface 54, the material hardness of the weld seam 50 is preferably at most 350 HV 0.3 and particularly preferably at most 250 HV 0.3. In the present embodiment, the carbon concentration and thus also the material hardness of the weld seam 50 continuously decrease from the inner core 52 of the weld seam 50 to the surface 54 of the weld seam 50. In embodiments not shown, the carbon concentration and thus the material hardness of the weld abruptly decrease from the inner core of the weld to the surface of the weld at one or more locations along the cross section of the weld.
Nach dem Schweissvorgang wird das Gewinde 25 in die Oberfläche der Schweissnaht 50 und bevorzugt des ersten Schaftabschnitts 12 und des zweiten Schaftabschnitts 14 eingeformt, insbesondere gewalzt. Aufgrund der geringen Materialhärte der Oberfläche auch der Schweissnaht 50 unterliegt das Form- beziehungsweise Walzwerkzeug nur einem geringen Verschleiss. After the welding process, the thread 25 is formed in the surface of the weld 50 and preferably the first shaft portion 12 and the second shaft portion 14, in particular rolled. Due to the low material hardness of the surface also the Weld 50 is subject to the forming or rolling tool only a little wear.
Nachdem das Gewinde 25 erzeugt ist, wird der zweite Schaftabschnitt 14 ganz oder teilweise gehärtet, vorzugsweise thermisch gehärtet. Dadurch werden die Schraubenspitze 40 und/oder gegebenenfalls das Gewinde 25 mit einer für das Bohren eines Loches beziehungsweise das Formen eines Gegengewindes ausreichenden Materialhärte versehen. After the thread 25 is produced, the second shaft portion 14 is fully or partially cured, preferably thermally cured. As a result, the screw tip 40 and / or optionally the thread 25 are provided with a sufficient hardness for drilling a hole or the forming of a counter-thread material hardness.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT APPLICATIONS
1 . Schraube, umfassend einen Schaft, welcher einen ersten Schaftabschnitt, einen zweiten Schaftabschnitt und eine den ersten Schaftabschnitt mit dem zweiten Schaftabschnitt verbindende Schweissnaht aufweist, wobei der erste Schaftabschnitt aus einem ersten Stahl mit einer ersten Kohlenstoffkonzentration und einer ersten Materialhärte und der zweite Schaftabschnitt aus einem zweiten Stahl mit einer zweiten Kohlenstoffkonzentrati- on und einer zweiten Materialhärte besteht, wobei die zweite Kohlenstoffkonzentration höher als die erste Kohlenstoffkonzentration ist, und wobei die Schweissnaht eine grössere Materialhärte aufweist als der erste Schaftabschnitt, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialhärte der Schweissnaht von einem innenliegenden Kern der Schweissnaht zu einer Oberfläche der Schweissnaht abnimmt. 1 . A screw comprising a shank having a first shank portion, a second shank portion and a weld joining the first shank portion to the second shank portion, the first shank portion being made of a first steel having a first carbon concentration and a first material hardness and the second shank portion being a second one Steel having a second carbon concentration and a second material hardness, wherein the second carbon concentration is higher than the first carbon concentration, and wherein the weld has a greater material hardness than the first shaft portion, characterized in that the material hardness of the weld from an inner core of the Welding seam decreases to a surface of the weld.
2. Schraube nach Anspruch 1 , wobei die Materialhärte der Schweissnaht von dem innenliegenden Kern der Schweissnaht bis zu der Oberfläche der Schweissnaht stetig abnimmt. 2. Screw according to claim 1, wherein the material hardness of the weld continuously decreases from the inner core of the weld to the surface of the weld.
3. Schraube nach Anspruch 1 , wobei die Materialhärte der Schweissnaht von dem innenliegenden Kern der Schweissnaht zu der Oberfläche der Schweissnaht abrupt abnimmt. 3. The screw of claim 1, wherein the material hardness of the weld abruptly decreases from the inner core of the weld to the surface of the weld.
4. Schraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schaft einen ellipsen- förmigen, insbesondere kreisförmigen Querschnitt aufweist. 4. Screw according to one of the preceding claims, wherein the shaft has an elliptical, in particular circular cross-section.
5. Schraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schaft an der Schweissnaht ein insbesondere selbstschneidendes oder selbstfurchendes Gewinde trägt. 5. Screw according to one of the preceding claims, wherein the shaft carries a particular self-tapping or self-tapping thread on the weld.
6. Schraube nach Anspruch 5, wobei sich das Gewinde bis auf den ersten Schaftabschnitt und/oder den zweiten Schaftabschnitt erstreckt. 6. A screw according to claim 5, wherein the thread extends to the first shaft portion and / or the second shaft portion.
7. Schraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Schaftabschnitt einen Schraubenantrieb und/oder einen Schraubenkopf umfasst. 7. Screw according to one of the preceding claims, wherein the first shaft portion comprises a screw drive and / or a screw head.
8. Schraube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Schaftabschnitt eine Schraubenspitze, insbesondere eine Bohrspitze, umfasst. 8. Screw according to one of the preceding claims, wherein the second shaft portion comprises a screw tip, in particular a drill bit.
9. Verfahren zur Herstellung einer Schraube, bei dem ein erster Schaftabschnitt und ein zweiter Schaftabschnitt unter Bildung einer Schweissnaht miteinander verschweisst werden, wobei der erste Schaftabschnitt aus einem ersten Stahl mit einer ersten Kohlenstoffkonzentration und der zweite Schaftabschnitt aus einem zweiten Stahl mit einer zweiten Kohlenstoffkonzentration besteht, wobei die zweite Kohlenstoffkonzentration höher als die erste Kohlenstoffkonzentration ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweissnaht mit einer Kohlenstoffkonzentration versehen wird, welche von einem innenliegenden Kern der Schweissnaht zu einer Oberfläche der Schweissnaht abnimmt. 9. A method of manufacturing a screw in which a first shank portion and a second shank portion are welded together to form a weld, wherein the first shank portion is made of a first steel having a first carbon concentration and the second shank portion is made of a second steel having a second carbon concentration wherein the second carbon concentration is higher than the first carbon concentration, characterized in that the weld is provided with a carbon concentration decreasing from an inner core of the weld to a surface of the weld.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Kohlenstoffkonzentration der Schweissnaht von dem innenliegenden Kern der Schweissnaht bis zu der Oberfläche der Schweissnaht stetig abnimmt. 10. The method of claim 9, wherein the carbon concentration of the weld decreases steadily from the inner core of the weld to the surface of the weld.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Kohlenstoffkonzentration der Schweissnaht von dem innenliegenden Kern der Schweissnaht zu der Oberfläche der Schweissnaht abrupt abnimmt. 1 1. The method of claim 9, wherein the carbon concentration of the weld abruptly decreases from the inner core of the weld to the surface of the weld.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , wobei die Schweissnaht angelassen wird. 12. The method according to any one of claims 9 to 1 1, wherein the weld seam is annealed.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der zweite Schaftabschnitt gehärtet wird. 13. The method according to any one of claims 9 to 12, wherein the second shaft portion is hardened.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei an der Schweissnaht ein insbesondere selbstschneidendes oder selbstfurchendes Gewinde erzeugt wird. 14. The method according to any one of claims 9 to 13, wherein at the weld a particular self-tapping or self-tapping thread is generated.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei sich das Gewinde bis auf den ersten Schaftabschnitt und/oder den zweiten Schaftabschnitt erstreckt. 15. The method of claim 14, wherein the thread extends to the first shaft portion and / or the second shaft portion.
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